CN208996799U - 反应剂与气流混合的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了反应剂与气流混合的装置，包括：混合器，其为多孔的柱体结构且内部为中空的混合腔，所述混合器位于气体流道内且位于催化剂的上游，所述混合器上端固定在气体流道管壁上；导流板，其外周与气体流道管壁固定连接，所述导流板上部分位于混合器的下游且与混合器具有间距、下部分具有孔洞且与混合器下端密封固定以使得孔洞恰好与混合器下端开口贯通；喷嘴，其紧贴混合器上端固定的气体流道管壁且便于反应剂在不接触任何固体表面的情况喷入混合腔内。本实用新型可避免雾化之后的反应剂在气化之前与任何固体接触，同时与发动机排气气流充分混合并均匀分布在流道截面中，可以有效减少反应剂在排气流道内结晶，提升SCR转化效率。

Description

反应剂与气流混合的装置

技术领域

本实用新型涉及内燃机后处理技术领域。更具体地说，本实用新型涉及反应剂与气流混合的装置，尤其是涉及一种内燃机尾气净化后处理系统的反应剂与发动机废气的混合装置。

背景技术

目前用于柴油机降氮氧化物的SCR后处理系统需要将液态或者气态反应剂，比如尿素水溶液或者氨气喷入发动机排气管或者后处理封装内与发动机废气充分混合。尤其是尿素水溶液，需要在喷入时较好地雾化，以便尿素溶液尽快气化，分解成氨气，在SCR的催化作用下，氨与NOx产生反应生成氮气(N₂)和水(H₂O)，以达到减少NOx排放的效果。

当前设计的混合装置都是由各种形式的固体叶片组成用于对气流进行整流，让流体按人们所需要的方式流动，以达到让尿素与发动机废气混合的效果。这种布置经常会有一个问题：雾化后的尿素水溶液在没有完全气化之前，由直径大小不一的液滴(雾)构成。这些液滴在碰到任何固体表面，都会出现凝聚，在固体表面形成直径较大的液珠或者湿润在固体表面形成液膜。一旦出现这种现象，反应剂气化以及分解的过程就会大大延长，甚至久而久之会在混合器上形成永久性的残留，最终导致塑化、积累(即结晶)。

事实上，如今的SCR消音器内部由于尿素残留而导致的结晶现象是极为普遍的。除了尿素喷射过量等诸多因素以外，尿素直接接触到固体表面，比如混合器、排气管壁或者催化剂封装管壁等，为最主要的原因。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供反应剂与气流混合的装置，可避免雾化之后的反应剂(如尿素)在气化之前与任何固体接触，同时与发动机排气气流充分混合并均匀分布在流道截面中，可以有效减少反应剂在排气流道内结晶，提升SCR转化效率。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了反应剂与气流混合的装置，包括：混合器，其为多孔的柱体结构且内部为中空的混合腔，所述混合器位于气体流道内且位于催化剂的上游，所述混合器上端固定在气体流道管壁上；导流板，其外周与气体流道管壁固定连接，所述导流板上部分位于混合器的下游且与混合器具有间距、下部分具有孔洞且与混合器下端密封固定以使得孔洞恰好与混合器下端开口贯通；喷嘴，其紧贴混合器上端固定的气体流道管壁且便于反应剂在不接触任何固体表面的情况喷入混合腔内。

优选的是，所述混合器下端开口为倾斜开口，其沿着气流方向向上倾斜，所述混合器下端与气体流道管壁具有间距。

优选的是，所述导流板从气流方向看为在下部具有两个孔的圆形板，上方的孔与混合器下端开口恰好对应贯通，下方的孔贯通混合器上游和导流板下游。

优选的是，所述导流板从气流方向看为在下部具有一个孔且底部为缺口的圆形板，此孔恰好贯通混合器下端开口，此缺口恰好贯通混合器上游和导流板下游。

优选的是，所述混合器下端开口为倾斜开口，其沿着气流方向向上倾斜，所述混合器下端与气体流道管壁恰好紧贴，所述导流板从气流方向看为下部具有缺口的圆形板，此缺口恰好贯通混合器下端开口。

优选的是，在所述导流板与催化剂之间还设置有均配器，其由多个旋流叶片构成且多个旋流叶片呈周向分布形成圆形。

优选的是，所述均配器旋流叶片上涂有催化剂层。

本实用新型至少包括以下有益效果：

相对当前的技术，本实用新型避免了如尿素类的反应剂雾化后在现有各种混合器的固体表面凝固的问题，同时又避免了尿素溶液在气化之前接触排气管壁。这样就可以显著地减少排气管内尿素结晶的可能性，同时提高了后处理系统降氮氧化物效果。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式中混合器的结构示意图；

图2为本实用新型混合器内混合腔中气流示意图；

图3为本实用新型气流进入混合器的截面示意图；

图4为本实用新型混合器柱体表面开孔样板示意图；

图5为本实用新型一种实施方式中对应的导流板的一种结构示意图；

图6为本实用新型一种均配器的结构示意图。

图7为本实用新型一种实施方式中对应的导流板的另一种结构示意图；

图8为本实用新型另一种实施方式中混合器的结构示意图；

图9为本实用新型另一种实施方式中对应的导流板的结构示意图。

附图标记说明：

100、混合器，200、流道，300、催化剂，400、喷嘴，500、混合腔，600、导流板，700、均配器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至9所示，本实用新型提供一种反应剂与气流混合的装置，包括：

混合器100，其为多孔的柱体结构且内部为中空的混合腔500，所述混合器100位于气体流道200内且位于催化剂300的上游，所述混合器100上端固定在气体流道200管壁上；

导流板600，其外周与气体流道200管壁固定连接，所述导流板600上部分位于混合器100的下游且与混合器100具有间距、下部分具有孔洞且与混合器100下端密封固定以使得孔洞恰好与混合器100下端开口贯通；

喷嘴400，其紧贴混合器100上端固定的气体流道200管壁且便于反应剂在不接触任何固定表面情况喷入混合腔500内。

在上述技术方案中，由于现有实际使用中，喷嘴400均是从排气管壁将雾化的反应剂喷入排气管气体流道200内，因此本实用新型公开了一种针对此种喷嘴400设置位置的新型混合器100，布置在SCR催化剂300上游，对发动机排气提前进行导向，形成一个我们所需要的流场。这个流场可以使得尿素喷入该混合器100后在完全气化之前被气流“裹”在混合器100内部流动，避免与任何固体表面接触，从而能够提升反应剂气化与分解速度，以达到促进尿素溶液在最短时间内气化的目的。

混合器100主要由一个多孔的柱体构成，布置在发动机排气(封装)气体流道200内，且位于SCR催化剂300上游，尿素喷嘴400将尿素雾化并喷射入混合器100内腔，即混合腔500(如图2)，实现反应剂尿素与气流的混合。混合器100一端(图中所示的上端)固定在排气气体流道200管壁上，另一端(图中所示的下端)固定在导流板600上。当发动机排气从左边向右边流动时，导流板600上部将大部分气流挡住，在混合腔500内形成负压，使气流按所需要的方式流入混合腔500内并在混合腔500内形成气膜，将喷入混合腔500内的反应剂包裹，避免其与任何固体表面接触。当气流向下从混合器100下端开口流出混合腔500时，导流板600底部的开孔使得另一股气流即图1中贴着底部流动的气流从导流板600底部流入与混合腔500内流出的气流汇合，避免混合腔500内出来的气流直接撞击到排气管底部。这两股气流汇合后，向上流动，进入均配器700。在反应剂尿素完成气化之后，经过一个均配器700装置，使得气化之后的反应剂与废气充分混合并在流入SCR催化剂300之前均匀分配在流道200截面上。

混合器100上设置的开孔大小、形状与分布通过计算机模拟优化来实现两个效果：1)在混合腔500内表面形成气膜，将尿素包裹住，避免让未完全气化的尿素过早与混合腔500内表面接触；2)使尿素尽量充分与废气混合。优先地，通过设计上述开孔的形状，如图3所示，可以使得混合腔500内气流旋转(图4所示)。而混合器100的形状可以是任何形状，由一块整板拉伸、冲压、打孔来制作或者由多块或者多节板块连接而成，优选地根据喷入混合腔500的尿素雾团形状来设计，不同尿素喷嘴400喷出的雾团形状不一样。比如，尿素喷入形状为圆锥形，则混合器100最好设计成椎形柱体，如图1所示。

在另一种技术方案中，所述混合器100下端开口为倾斜开口，其沿着气流方向向上倾斜，所述混合器100下端与气体流道200管壁具有间距，如图1所示。此种方案中，导流板600设置有两种形式，所述导流板600从气流方向看为在下部具有两个孔的圆形板，上方的孔与混合器100下端开口恰好对应贯通，下方的孔贯通混合器100上游和导流板600下游；所述导流板600从气流方向看为在下部具有一个孔且底部为缺口的圆形板，此孔恰好贯通混合器100下端开口，此缺口恰好贯通混合器100上游和导流板600下游，分别如图5和图7所示。

在另一种技术方案中，所述混合器100下端开口为倾斜开口，其沿着气流方向向上倾斜，所述混合器100下端与气体流道200管壁恰好紧贴，如图8所示；此种方案中，所述导流板600设置为：从气流方向看为下部具有缺口的圆形板，此缺口恰好贯通混合器100下端开口，如图9所示。

在上述技术方案中，导流板600设计的形状以及其底部的开孔大小需要经过计算机模拟优化来实现以下效果：绝大部分气流被导入混合器100并流入混合腔500与尿素混合；一小部分在导流板600的底部流出汇入上述尿素与废气的混合物，最后再流入均配器700。

在另一种技术方案中，在所述导流板600与催化剂300之间还设置有均配器700，其由多个旋流叶片构成且多个旋流叶片呈周向分布形成圆形。所述均配器700旋流叶片由催化剂300制成或所述均配器700旋流叶片上涂有催化剂300层。

在上述技术方案中，均配器700由多个旋流叶片构成，当气流穿过时造成旋流，使得反应剂与排气充分混合，并且在排气管截面均匀分配，最后进入SCR催化剂300。图6显示一个使气流旋转的均配器700例子。均配器700叶片也可以用SCR催化剂300或者其他某种催化剂300来制作或者直接将催化剂300涂抹在叶片上，以便加速尿素分解。

实施例1

如图1所示，混合器100设计成一个喇叭形状的柱体，上端开口与发动机废气流道200的内表面连接，下端开口与导流板600连接；如图5所示的导流板600从流道200的轴向看过去是一个开有两个孔的圆形板，整个外圆与流道200内壁相连接；导流板600的上方大圆孔与混合器100的下端开口连接形成混合器100的废气出口；导流板600的底部还开有一个小孔让部分废气不经过混合器100直接流入与从混合器100流出的废气和反应剂汇合，然后一起流向下游的均配器700。

在此实施例中，均配器700由至少3个旋流叶片构成，当气流穿过时在流道200的截面上产生旋转，使得废气与反应剂(气化的尿素和氨气)充分混合，然后在流道200的界面上均匀分布。

实施例2

如图7所示的导流板600，其上方大圆孔与混合器100的下端开口连接形成混合器100的废气出口，底部直接做成一个缺口，相当于实施例1中的小孔，同样达到让气流流过的效果。

实施例3

如图8和图9所示，将实施例1中的导流板600改成只有一个大缺口，相当于将实施例1中的大圆孔直接扩展开。这样，所有废气都经过先流入混合器100然后从混合腔500流出。如果反应剂气化足够快，在混合腔500内能够完全气化，则本实施例可以达到实施例1同样的效果。

本实用新型还提供一种反应剂与气流混合的方法，将一个多孔的柱体结构混合器100竖直布置在通有气体的气体流道200内，并通过导流板600上部的密封阻挡作用使得混合器100内部的混合腔500产生负压，且其中一部分气体流入混合腔500内之后在混合腔500表面形成气膜，将雾化反应剂从混合器100上端开口喷入混合腔500中与未形成气膜的气体进行气化混合，然后从导流板600下部与混合器100下端开口贯通的孔洞中流出完成气化混合。

本文中所述混合器100虽然以圆形流道和圆形柱体为样板，但是本项实用新型适用于任何形状的流道。在实际应用中，经常有些流道(烟道)是长方形、矩形、椭圆形或者其各种形状，本项实用新型仍然适用。只要是混合器采用(任何形状)柱形体形成负压并利用气膜来避免或者减少反应剂与固体表面接触机会的混合器都属于本项实用新型申请保护范围。

本文中虽然以尿素反应剂作为样板来说明本实用新型，但是本实用新型实际上并不限于只用于尿素反应剂。另外本文中虽然使用尿素或尿素溶液为例来说明计量系统的功能，但是本实用新型适用于任何其他流体尿素。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.反应剂与气流混合的装置，其特征在于，包括：

混合器，其为多孔的柱体结构且内部为中空的混合腔，所述混合器位于气体流道内且位于催化剂的上游，所述混合器上端固定在气体流道管壁上；

导流板，其外周与气体流道管壁固定连接，所述导流板上部分位于混合器的下游且与混合器具有间距、下部分具有孔洞且与混合器下端密封固定以使得孔洞恰好与混合器下端开口贯通；

喷嘴，其紧贴混合器上端固定的气体流道管壁且便于反应剂在不接触任何固体表面的情况喷入混合腔内。

2.如权利要求1所述的反应剂与气流混合的装置，其特征在于，所述混合器下端开口为倾斜开口，其沿着气流方向向上倾斜，所述混合器下端与气体流道管壁具有间距。

3.如权利要求2所述的反应剂与气流混合的装置，其特征在于，所述导流板从气流方向看为在下部具有两个孔的圆形板，上方的孔与混合器下端开口恰好对应贯通，下方的孔贯通混合器上游和导流板下游。

4.如权利要求2所述的反应剂与气流混合的装置，其特征在于，所述导流板从气流方向看为在下部具有一个孔且底部为缺口的圆形板，此孔恰好贯通混合器下端开口，此缺口恰好贯通混合器上游和导流板下游。

5.如权利要求1所述的反应剂与气流混合的装置，其特征在于，所述混合器下端开口为倾斜开口，其沿着气流方向向上倾斜，所述混合器下端与气体流道管壁恰好紧贴，所述导流板从气流方向看为下部具有缺口的圆形板，此缺口恰好贯通混合器下端开口。

6.如权利要求1所述的反应剂与气流混合的装置，其特征在于，在所述导流板与催化剂之间还设置有均配器，其由多个旋流叶片构成且多个旋流叶片呈周向分布形成圆形。

7.如权利要求6所述的反应剂与气流混合的装置，其特征在于，所述均配器旋流叶片上涂有催化剂层。